Такие загадочные кванты: четыре мифа о технологии

Квантовая криптография как раздел квантовых коммуникаций не защищает информацию, а распределяет ключи. Их, в свою очередь, используют системы, защищающие информацию. Такой метод превосходит другие по скорости распределения ключей и позволяет исключить человеческий фактор из данного процесса и автоматизировать его.

Конечно, абсолютной защиты это не гарантирует. На практике могут быть взломаны и протоколы квантового шифрования, что происходит из-за несовершенных реализаций физических систем. Например, возможны атаки с ослеплением или клонированием фотонов в процессе коммуникации. Это постоянная гонка, где одна сторона хочет данные сохранить в секрете, а другая — заполучить. Успокоиться и верить в абсолютную защищенность не стоит, даже имея наиболее совершенную систему распределения ключей на сегодня.

Часто в СМИ можно увидеть броские заголовки вида «Квантовые компьютеры смогут решить ...»‎, где вместо многоточия называют любую актуальную задачу. Это и создание универсального искусственного интеллекта, и разработка лекарств, и увеличение срока жизни — создается образ квантовых компьютеров как панацеи. Но квантовый компьютер — это вычислительный инструмент, который имеет свою область применения. Например, специализированные ASIC-устройства для расчета хэш-функций (майнеры) востребованы в блокчейн-технологиях, при этом почти бесполезны для обычных ПК. Так же и с текущим поколением квантовых компьютеров.

На данный момент квантовые компьютеры эффективнее обычных при решении некоторых узкоспециализированных задач, однако они пока не способны рассчитать, например, оптимальный маршрут между 100 городами. Параллельно с повышением мощности квантовых компьютеров растет число сценариев их использования в разных индустриях, но о полной замене ими обычных ПК речи не идет.

Оборудование для квантовых коммуникаций действительно недешевое, если учитывать, что каждые 80-100 км на всём протяжении сети необходимо строить доверенные промежуточные узлы. Это ограничение продиктовано законами физики: такое расстояние может пролететь фотон, чтобы, несмотря на оптические потери, обеспечить разумную скорость генерации ключей.

Но когда мы слышим о том, что квантовые коммуникации и квантовая криптография никому не нужны, вспоминаем пример Второй Мировой войны и немецкой машины шифрования «Энигма». Руководство Рейха было настолько уверено в её надежности, что списывало предотвращение британскими военными спецопераций на везение. Точно так же мы не можем гарантировать, что не существует квантовых компьютеров, способных взломать критическую инфраструктуру страны за несколько часов. Квантовые коммуникации и криптография — это своего рода страховка от будущих информационных катаклизмов. Хорошо бы не воспользоваться, но жить с ней явно спокойнее. Это понимает и руководство страны, поэтому в России запускается первая квантовая сеть между Москвой и Санкт-Петербургом, а согласно Дорожной карте по квантовым коммуникациям, к 2024 году будет построено более 7 000 км квантовых сетей.

Квантовая физика может принести пользу обществу не только в вопросах защиты данных и создания безопасного канала коммуникации. Например, уже сегодня компании тестируют будущие возможности квантовых вычислений с помощью специальных эмуляторов и сравнивают полученные данные с существующей инфраструктурой, а высокочувствительные квантовые датчики незаменимы в сферах обороны, навигации (космос, беспилотный транспорт), строительства, нефтедобычи, медицины.

Есть мнение, что квантовая и постквантовая криптография конкурируют друг с другом: какая-то одна технология победит и станет единственным стандартом отрасли. На самом деле, подходы дополняют друг друга. Квантовая криптография обеспечивает защиту данных благодаря физике (решение на уровне hardware с дорогим оптическим оборудованием), постквантовая криптография использует новый класс алгоритмов шифрования, которые позволяют на программном уровне без аппаратной поддержки надежно защитить данные от кибератак с применением как обычных, так и квантовых компьютеров.

На практике оба решения уже комбинируют в банковской сфере: квантовая криптография используются при передаче данных между ЦОД и филиалами в разных городах на большие расстояния (критически важная информация), а на этапе «последней мили», то есть уже внутри отделения, применяют продукты информационной безопасности с использованием постквантовой криптографии. Их же целесообразнее применять, например, в школах. Здесь есть персональные данные, которые нужно защищать, но не с использованием дорогого оптического оборудования.

Материал подготовлен компанией «QRate»